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Wirbelscheider zum Trennen von wichtedifferenzierten Feststoffteilchen
in Schweretrüben Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Wirbelscheider
zum Sortieren von Teilchen unterschiedlicher Wichte in einer Trenntrübe, in welchem
zwei in derselben Richtung sich drehende Wirbel, die entgegengesetzt steigen, erzeugt
werden und wobei die Teilchen mit der größeren Wichte an der Peripherie ausgetragen
werden.
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Die Trennung von Teilchen nach unterschiedlichen Wichten, z. B. zur
Aufbereitung von Mineralien, ist äußerst wirksam und billig durchzuführen, wenn
die Eigenschaften der Materialien eine Trennung nach Wichten ermöglichen.
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Bei dem sogenannten »Whirlpool«-Gerät, das manchmal auch als »dynawhirlpool«
bezeichnet ist, wird das zu trennende Teilchengemisch direkt in den inneren Wirbel
hineingeführt. Die Schweretrübe wird tangential an einem Behälterende eingeführt,
um zwei Wirbel zu erzeugen, und der Auslaß für das schwere Material befindet sich
an der Peripherie des anderen Behälterendes. Der innere Wirbel steigt zu einem axialen
Auslaß an dem Behälterende auf, das der Einführungsstelle für das zu trennende Teilchengemisch
gegenüber liegt. Viele »Whirlpool«-Apparate arbeiten in vertikaler oder lediglich
ein wenig gegenüber der Vertikalen geneigten Stellung, und deshalb werden in der
nachfolgenden Beschreibung des verbesserten erfindungsgemäßen »Whirlpool«-Geräts
die Ausdrücke oben bzw. unten jeweils für die Enden gebraucht, an denen die Beschickung
eingeführt bzw. das leichte Material in axialer Richtung abgezogen wird. Selbstverständlich
können Wirbelscheider dieser Art auch waagerecht oder in einigen Fällen sogar mit
umgekehrtem Oberteil betrieben werden, und dementsprechend werden die Ausdrücke
oben und unten lediglich verwendet, um die Beschreibung des erfindungsgemäßen Geräts
zu vereinfachen.
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Bei Wirbelscheidern, bei denen das Trennmedium (Schweretrübe) am Boden
eingeführt wird, wie sie z. B. in der USA.-Patentschrift 2 725 983 beschrieben werden,
tritt eine Schwierigkeit insofern auf, als bei zu großem Durchsatz durch den Behälter
das Trennmedium dazu neigt, in das Zuleitungsrohr für die Beschickung aufzusteigen
bzw. aus dem oberen Behälterende auszuströmen. Bei dem in der obengenannten Patentschrift
beschriebenen Trennbehälter wird dieses Problem mit einem Standrohr gelöst, das
hinreichend hoch oder lang ist, um ein überströmen von Trennmedium zu verhindern.
Für vertikal oder nahezu vertikal aufgestellte Behälter wird damit ein zufriedenstellender
Betrieb erreicht, jedoch ist die unhandliche Konstruktion, die durch das hohe Standrohr
bedingt ist, in vielen Fällen ein Nachteil. Eine weitere Verbesserung des »WhirIpool«-Geräts
wird in der USA.-Patentschrift 2 917173 beschrieben. Bei diesem Gerät ist kein Standrohr
vorgesehen, sondern das Beschickungsrohr mit einem vertikal orientierten Leitblech
umgeben, das sich in den Behälter hinein bis unter das Niveau des Auslasses an der
Peripherie für das schwere Material erstreckt. Mit dieser abgeänderten Ausführungsform
wird das Problem des überströmens von Trenntrübe oben aus dem Kessel gelöst, ohne
daß das bei älteren Geräten verwendete unhandliche Standrohr vorhanden ist.
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Dieses verbesserte »Whirlpool«-Gerät kann in jeder Stellung betrieben
werden, in der horizontalen Stellung oder sogar mit seinem Oberteil nach unten,
was praktisch mit einem Standrohr nicht möglich ist, da dieses wirkungslos wird,
wenn sich der Behälter seiner horizontalen Stellung nähert. »WhirIpool«-Geräte mit
vertikalen Leitblechen sind gut arbeitende Vorrichtungen, wenn die Natur der Erzbeschickung,
die aufbereitet werden soll, ihre Verwendung erlaubt. Hier sind jedoch wiederum
bestimmte Grenzen gesetzt, die die allgemeine Brauchbarkeit dieses Geräts einschränken.
Wenn Erze mit größenmäßig stark unterschiedlichen Teilchen behandelt werden, z.
B. Kohle, die große Teilchen oder Klumpen mit 7,5 oder mehr cm Durchmesser bis herunter
zu extrem feinen Kohleteilchen aufweisen, ist es notwendig, ein weites Beschickungsrohr
zu verwenden, um eine reibungslose Beschickung der größeren Teilchen zu gewährleisten.
Hierfür sind beispielsweise Beschickungsrohre mit einem Durchmesser von 12,5
bis
15 cm oder sogar größer erforderlich. Wenn ein solches Beschickungsrohr von einem
vertikalen Prallblech oder Leitblech umgeben wird, ist der Abstand zwischen dem
Leitblech und der Behälterwandung sehr klein, und der Raum zwischen diesem Leitblech
und dem Beschickungsrohr wird manchmal durch Erz und Trenntrübe verstopft.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Wirbelscheider, der
in der USA.-Patentschrift 2 725 983 beschrieben wird und bei dem das Trennmedium
unten eingeführt wird, so zu verbessern, daß alle Schwierigkeiten gelöst werden,
die auch mit dem vertikalen Leitblech, das in der USA.-Patentschrift 2 917173 beschrieben
wird, gelöst werden, wobei darüber hinaus auch die Schwierigkeiten beseitigt werden,
welche dadurch auftreten, daß der Raum zwischen dem Leitblech und der Behälterwandung
zu eng wird. Mit anderen Worten, die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen
brauchbaren Wirbelscheider zu schaffen, der die Trennung einer Beschickung mit einem
weiteren Größenbereich oder Größenspektrum der Teilchen, als es bisher mit dem vertikalen
Leitblech möglich war, ermöglicht. Gleichzeitig wird gefordert, daß diese Lösung
der erfindungsgemäßen Aufgabe mit einfachen Mitteln erfolgt und zu Behältern führt,
die billiger herzustellen sind als jene, welche ein das Beschickungsrohr umgebendes
vertikales Leitblech aufweisen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine horizontale Leitfläche
am Ende des Beschickungsrohres eines vertikal aufgestellten Behälters gelöst. Der
Begriff horizontal ist also auf den vertikal aufgestellten Behälter bezogen. Wenn
dieser Behälter nicht vertikal aufgestellt ist, was natürlich möglich ist, ist diese
Leitfläche auch nicht horizontal orientiert. Die Leitfläche ist im wesentlichen
rechtwinklig zur Behälterachse orientiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
nach der Erfindung wird diese Leitfläche dadurch gebildet, daß ein Beschickungsrohr
mit großer Wandstärke verwendet wird. Da es gemäß der Erfindung auf die Leitfläche
am Ende des Beschickungsrohres ankommt, muß dieses natürlich nicht notwendigerweise
ein vollwandiges Rohr sein. Das Rohr kann beispielsweise hohl sein. Es wurde gefunden,
daß die Abmessungen der horizontal angeordneten Leitfläche nach der vorliegenden
Erfindung kritisch sind. Es gibt einen ganz bestimmten Bereich dieser Abmessungen,
unter und über dem optimale Ergebnisse nicht erhalten werden können. Obwohl dieser
Bereich kritisch ist, ist er nicht so eng, daß er bei der Herstellung des Behälters
in der Praxis zu irgendwelchen Schwierigkeiten führt. Im allgemeinen soll die Leitfläche
wenigstens etwa 13 mm und nicht größer als 7,5 cm betragen. Optimale Ergebnisse
werden etwa bei einer Breite der Leitfläche um 5,08 cm erhalten.
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An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Trennbehälter mit
einem Durchmesser von 38 cm; F i g. 2 zeigt in einer Kurvenschar die Abhängigkeit
der Trennergebnisse von den Abmessungen der Leitfläche bei der Behandlung von Kohle;
F i g. 3 zeigt eine ähnliche Kurvenschar wie F i g. 2 für die Behandlung von zinkhaltigen
Erzen.
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In F i g. 1 ist ein Wirbelscheider mit einer Außenwandung 1 dargestellt.
Der oben angegebene Innendurchmesser von 38 cm bezieht sich auf ein Gefäß handelsüblicher
Größe und nicht auf ein Laborgerät. Die Trenntrübe wird in tangentialer Richtung
an der Stelle 2 mittels einer üblichen Pumpe (nicht dargestellt) eingeführt. Es
werden zwei Wirbel gebildet, die in derselben Richtung rotieren, von denen jedoch
der eine sich in axialer Richtung nach oben und der andere sich in axialer Richtung
nach unten bewegt. Die an der Peripherie des Behälters aufsteigende Wirbelströmung,
die die schweren Teilchen enthält, wird an der Stelle 3 aus dem Gefäß abgezogen,
und der innere Wirbel, der normalerweise einen Luftkern besitzt, tritt in axialer
Richtung durch die Öffnung 4 aus. Die Beschickung wird durch das Beschickungsrohr
5 eingeleitet, das bei dem dargestellten Behälter einen Innendurchmesser von 14
cm besitzt. Beste Ergebnisse werden erzielt, wenn die Öffnung des Beschickungsrohres
nicht größer als die Öffnung 4 und vorzugsweise etwas kleiner ist. Durch Veränderung
des Außendurchmessers des Beschikkungsrohres, das in den Behälter führt, werden
verschieden große horizontale Leitflächen 6 erhalten, die die unteren Ränder des
dickwandigen Beschikkungsrohres bilden. Die Leitfläche 6 wird dann durch das volle
Material gebildet. Wie bereits ausgeführt, kann das Beschickungsrohr natürlich auch
hohl ausgebildet sein, oder es kann irgendeine andere Konstruktion gewählt werden,
bei der das wirbelnde Medium auf die Unterseite auftrifft, wobei das Konstruktionsmaterial,
das hinter dieser Unterseite oder Unterfläche 6 sich befindet, keine Bedeutung besitzt.
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Die angegebenen Durchmesser können sich ändern, es kommt lediglich
gemäß der Erfindung auf die Abmessungen der horizontalen Leitfläche 6 an. Die Wirkungen,
die durch die Abmessungen der Leitfläche 6 bei einem großen Gerät erzielt werden,
können jedoch nicht ohne weiteres auf ein kleines Gerät übertragen werden. Deshalb
sollen die Beschreibung und die Ansprüche, wie bereits gesagt, in Zusammenhang mit
Behältern handelsüblicher Größe und nicht in Zusammenhang mit kleinen Laborgeräten
gelesen und verstanden werden.
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Die Erfindung wird weiter durch einige Versuche mit typischen Erzen
erläutert. Der erste Versuch wird mit veränderlichen Abmessungen der Leitfläche
bei der Beschickung mit Anthrazitkohle durchgeführt, deren Teilchen in einem Größenbereich
von 14 mm bis herab zu sehr feinen Teilchen vorliegen. Die Zufuhrmenge ist etwa
15 t pro Stunde, was einem durchschnittlichen Durchsatz durch einen Behälter der
obengenannten Abmessungen entspricht. Um Vergleichsversuche mit Wirbelscheidern
durchzuführen, ist es notwendig, einen Parameter, beispielsweise die Wichte der
Trenntrübe, konstant zu halten. Im Versuchsfall wird feinverteilter Magnetit, der
in Wasser suspendiert ist, verwendet, wobei die Wichte etwas zwischen dem Auslaß
für die leichten Teilchen und dem Auslaß für die schweren Teilchen infolge der Einwirkung
der Zentrifugalkräfte in den Wirbeln variiert und deshalb eine größere Konzentration
der Teilchen der Trenntrübe in der äußeren Wirbelströmung, die mit den schweren
Teilchen abgeführt wird, vorliegt. Es ist üblich, bei Vergleichsversuchen mit »Whirlpool«-Geräten
die Wichte am Auslaß 4 für die leichten Teilchen konstant zu halten. Dies wird auch
bei den beschriebenen Versuchen getan, und eine Wichte von 1,46 wird gewählt. Diese
Wichte der Trenntrübe erwies sich für die zu behandelnde Kohle am geeignetsten.
Es ist natürlich notwendig,
die Wichte der Trenntrübe zu variieren,
um die Wichte am Auslaß der leichten Teilchen bei horizon talen Leitflächen verschiedener
Größe einzustellen. Die Wichte der Trübe, die mit den schweren Teilchen übergeht,
wird dadurch natürlich ebenfalls geändert, und da die wichtigste praktische Kenngröße
der Aschegehalt der Kohle ist, wird die beste Kohlenqualität bei der niedrigsten
Wichte der Trenntrübe am Auslaß für die schweren Teilchen erhalten. Eine Analyse
der Kohle ergab, daß bei einer theoretisch vollkommenen Gewinnung etwa 64 °/o zu
erreichen waren. Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse bei unterschiedlichen
horizontalen Größen der Leit- oder Prallfläche.
| Tabelle 1 |
| I) I 1I) 111) I IV) I V) I VI) I VII) I VIII)
I IX) |
| 143 140 1,5 1,97 2,17 8,2 5,8 0,60 56,5 |
| 146 140 3 1,965 2,165 7,6 6,4 0,55 67,1 |
| 152 140 6 l,97 2,175 7,9 6,6 0,45 66,0 |
| 166 140 13 1,97 2,17 8,1 5,6 0,50 68,5 |
| 178 140 19 1,915 2,115 7,4 3,9 0,60 63,1 |
| l90 140 25 l,905 2,105 7,7 3,4 0,40 62,7 |
| 242 140 51 1,86 2,055 6,9 1,1 0,20 60,7 |
| 292 l40 76 1,95 2,145 8,0 7,8 0,50 62,0 |
| 344 140 102 1,955 2,17 8,3 7,7 0,60 64,0 |
| 1) = Außendurchmesser des Beschickungsrohres in mm; |
| 11) = Innendurchmesser des Beschickungsrohres in mm; |
| III) = Stärke des Beschickungsrohres in mm (Leitflächenbreite); |
| IV) = Wichte der Beschickung in g/cm3; |
| V) = Wichte der schweren Fraktion in g/cm3; |
| VI) Aschegehalt der Kohle in 019; |
| VII) = Teilchen mit einer Wichte über 1,70 in der leichten
Fraktion; |
| VIII) = Teilchen mit einer Wichte unter 1,70 in der schweren
Fraktion; |
| IX) = Prozentanteil der leichten Fraktion von der Gesamtbeschickung. |
F i g. 2 zeigt in graphischer Darstellung die wichtigsten Ergebnisse dieser Versuche,
nämlich die Qualität der erhaltenen Kohle. Verbesserte Ergebnisse werden ab etwa
13 mm Leitflächenbreite erhalten und erreichen ein Maximum bei etwa 5 cm. Bei Annäherung
an 7,5 cm verschlechtern sich die Ergebnisse wieder. Die zweite Kurve zeigt, daß
die Qualität der Kohle mit der Wichte der Schweretrübe am Ausgang der schweren Teilchen
in Beziehung zu setzen ist. Die Kurven besitzen etwa dieselbe Form und ihr Minimum
an der gleichen Stelle. Es ist augenscheinlich, daß die Hauptwirkung der Abmessungsänderungen
der horizontalen Leitfläche in einer Änderung der Trenntrübe am Ausgang der schweren
Teilchen zu sehen ist und daß dies auf die Qualität der Kohle einen großen Einfluß
hat. In diesem Zusammenhang wird bemerkt, daß die optimalen Ergebnisse bei Abmessungen
von 5 cm und nur bei etwa 1% schwerer Teilchen in der leichten Fraktion erfolgt,
wohingegen der Aschegehalt der Kohle unter 711/o beträgt. Der Grund hierfür ist,
daß die Kohle einen Eigenaschegehalt besitzt, der nicht durch physikalische Verfahrensmaßnahmen
abgetrennt werden kann. Mit einer Trennung nach Wichte kann nur der Aschegehalt
beseitigt werden, der in Form von getrennten Teilchen vorliegt. Wie dargestellt,
erscheint dieses schwere Material im Auslaß für die leichte Fraktion. Es wird betont,
daß es sich bei der Erfindung um eine Verbesserung eines Wirbelscheiders handelt,
mit dem bereits gute Ergebnisse ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielt wurden.
5 bis 6 % schwere Sinkstoffe in der leichten Fraktion, die mit Leitflächen von 6
bis 13 mm erhalten werden, stellten ein annehmbares Aufbereitungsergebnis dar. Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden optimale Ergebnisse erhalten, die die bisher
als annehmbar erachteten Ergebnisse noch übertreffen.
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Die nachstehende Tabelle 2 gibt Ergebnisse wieder, die mit einem zinkhaltigen
Erz erhalten werden. Das Erz liegt in der Hauptsache in Teilchengrößen von etwa
6 mm bis zu Teilchengrößen vor, die einer Siebmaschenweite von 0,246 mm entsprechen.
Der Durchsatz ist wie bei den Versuchen mit Kohle etwa 15 t pro Stunde. F i g. 3
zeigt in graphischer Form die verbesserten Ergebnisse, die in der Tabelle wiedergegeben
werden.
| Tabelle 2 |
| I) I Il) I IM I IV) I V) I VI) I VII) I VIII) |
| 165 140 12,5 2,94 3,12 2,601/2 10,1 81,8 |
| 190 140 25 2,94 3,11 2,61 10,2 82,6 |
| 216 140 38 2,9l1/2 3,07 2,61 10,5 80,0 |
| 242 140 51 2,89 3,05 2,601/2 14,1 89,1 |
| 266 140 63 2,921/2 3,08 2,61 7,9 82,9 |
| I) = Außendurchmesser des Beschickungsrohres in mm; |
| II) = Innendurchmesser des Beschickungsrohres in mm; |
| 111) = Stärke des Beschickungsrohres in mm (Leitflächenbreite); |
| IV) = Wichte der Trenntrübe am Einlauf in gicm3; |
| V) = Wichte der Trenntrübe am Auslaß für die schwere Fraktion
in g%cm3; |
| VI) = Wichte der Trenntrübe am Auslaß für die leichte Fraktion
in g/cm3; |
| VII) = Prozentanteil Konzentrat, das aus der Beschickung gewonnen
wird; |
| VIII) = Prozentanteil der Teilchen mit einer Wichte über 2,90
g/cm3 in dem Konzentrat (Ausbeute); |
Es wird betont, daß, wie bei den in der Tabelle 1 festgehaltenen
Versuchen, die Wichte der leichten Fraktion konstant gehalten wird. Die Wichte beträgt
zwischen 2,605 und 2,61. Natürlich ist diese Wichte bei dem behandelten Erz größer
als bei Kohle. Es wird festgestellt, daß im Fall der Aufbereitung von Zinkerz die
wichtigste Eigenschaft der gewonnene Anteil Zink ist, wohingegen bei Kohle die Senkung
des Aschegehaltes die größte Bedeutung besitzt. Trotz dieser Unterschiede in den
Eigenschaften der gewünschten Ergebnisse sind die Formen der Kurven in F i g. 3
und 2 sehr ähnlich, wenn man berücksichtigt, daß im Fall der Versuche, die in F
i g. 2 wiedergegeben sind, optimale Ergebnisse mit minimalen Werten und im Fall
der Versuche, die in F i g. 3 wiedergegeben sind, optimale Ergebnisse mit maximalen
Werten dargestellt werden. Wie es bei Erzen mit höheren Wichten üblich ist, wird
als Trennmedium eine Mischung aus Ferrosilicium und Magnetit mit etwa 57% Ferrosilicium
(Korngröße entsprechend einer Siebmaschenweite von 0,074 mm) und 43 % Magnetit Sorte
B verwendet.
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Wie in den Zeichnungen dargestellt, ist die horizontale Leitfläche
eben. Dies ist natürlich die einfachste mechanische Form der Leitfläche. Ihre Wirkung
ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt. Zum Beispiel ergibt eine gerillte Leitfläche
fast genau dieselben Ergebnisse wie eine ebene Leitfläche mit gleichen Abmessungen.
Deshalb soll unter Leitfläche im erfindungsgemäßen Sinn nicht nur eine vollkommen
ebene Leitfläche verstanden werden.